建筑垃圾再生材料在底基层的应用

李 丹

(陕西省交通规划设计研究院 西安 710065)

引言

随着我国城市化的迅速发展，建设规模不断扩大，建筑废弃物大量产生，出现堆积现场越发严重现象，且占用土地资源；另一方面，我国基础设施不断加大，对砂石等原材料的需求不断增加，且不断开采会造成资源逐渐短缺，供不应求，原材料价格上调等一系列问题。另外，随着经济技术的开发，国家越来越提倡环保节能，减少污染，资源可持续利用。因此，对大量建筑垃圾再生材料的应用研究，变废为宝，提高资源利用率具有重大的现实意义。

本文以某二级路改扩建为依托，将破碎建筑垃圾再生材料与传统碎石进行掺配作为骨料进行配合比设计应用在底基层，为破碎建筑垃圾再生材料在实际工程中广泛应用提供有力参考，对资源的可持续性利用有重大意义。

1 原材料

试验用再生材料为某建材公司对建筑垃圾加工所得，由破碎砖渣与破碎废旧混凝土按照1∶1比例混合，最大粒径小于37.5mm。碎石为2.36～37.5mm连续级配。水泥为尧柏水泥厂P.O 42.5缓凝水泥。本试验中所用原材料性质均满足《公路路面基层施工技术细则》JTG/T F20-2015要求。

2 试验设计

设计5组底基层混合料，编号分别为P1、P2、P3、P4、P5，进行配合比设计。用击实法确定不同配合比对应的最佳含水量和最大干密度。在最佳含水量条件下进行7d无侧限抗压强度试验，探讨建筑垃圾再生材料在底基层的应用。

3 试验结果与分析

3.1 压碎值试验

建筑垃圾再生材料与碎石进行掺配，并进行压碎值检测，如表1。

表1 不同掺配比例的压碎值

原材料压碎值是做配合比的重要指标，原材的压碎值与母材强度密切相关，母材的强度越高，其压碎值越小[1,2]。由上表可以看出，随着建筑垃圾再生材料的用量减少，压碎值减少，当建筑垃圾再生材料占比100%时，由于砖渣的强度低，压碎值达到34.7%，处于《公路路面基层施工技术细则》对二级路底基层压碎值要求的临界值，不推荐使用。

本文章中建筑垃圾再生材料是由砖渣与废旧混凝土组成。造成原材压碎值过大的主要原因是砖渣为多孔隙结构[3]，强度远低于路用碎石材料。另一方面，废旧混凝土的表面包裹着水泥浆体[4,5]，在外力作用下易被压碎。因此建筑垃圾再生材料的强度低，表现为压碎值大。

3.2 击实试验

本试验采用丙类击实试验方法进行，绘制含水率—干密度关系曲线，进而确定其最佳含水率和最大干密度。两次平行试验得到的最大干密度重复性误差不得超过0.05g/cm3，最佳含水率重复性误差不得超过0.5%。5组混合料的击实试验结果见下表2。对应的最大干密度与最佳含水率变化趋势见图1。

表2 不同配合比对应的的击实试验结果

图1 不同配合比对应的最大干密度与最佳含水率变化

结合图表可以看出，在一定的水泥粉煤灰掺量下，随着建筑垃圾再生材料的掺量比例减少，混合料的最大干密度从2.093g/cm3逐渐增大至2.416g/cm3，而最佳含水率从9.7%逐渐降低至5.6%。击实是将混合料瞬时重复施加一个方向的机械功，使混合料内颗粒沿一个方向排列起来[6]，并且使混合料内部空隙变小，从而使得由原来的架空结构变成紧密堆积结构。混合料的密度与骨料的密度及混合料中内部材料的排布紧密状况有关，而混合料的含水量主要与内部材料的吸水率相关[7-8]。建筑垃圾再生材料中砖渣的孔隙率大，密度低，吸水率远大于碎石，而废旧混凝土块表面附着的水泥浆体及混凝土本身的结构特点决定其密度小于碎石，吸水量大于碎石。

3.3 无侧限抗压强度

在最佳含水量条件下采用静压法成型试件，每组13个。将试件在(20±2)℃、湿度大于95%的标准养护室下养生6d，浸水24h，进行7d无侧限抗压强度试验。试验结果如图2，不同配合比下的吸水量如图3。

图2 不同配合比对应的7d无侧限抗压强度

图3 不同配合比对应的吸水量

由上图可以看出，当建筑垃圾再生材料无碎石掺配，作为唯一底基层骨料应用时，试件的7d无侧限抗压强度只有2.3MPa，根据《公路路面基层施工技术细则》对二级路底基层7d无侧限抗压强度要求，该配合比所得的强度处于要求的临界值，不推荐使用。在一定的水泥粉煤灰掺量下，随着建筑垃圾再生材料的掺量比例减少，试件强度从2.3MPa增长到6.4MPa，吸水量从22.5%增长到57.0%。且从配合比P1到P2，试件的强度呈跳跃式增大，增长率为86.96%，而从配合比P4到P5，试件的强度增长了23.08%。影响试件强度的因素有多项，水泥粉煤灰剂量，水泥水化粘结反应，混合料中原材料的表面粗糙度以及混合料中原材料自身的强度等，均是影响试件强度的重要因素。结合本文配合比设计，从配合比P1到P2，碎石的掺入使混合料骨料的强度有明显的增长，因此强度有明显的提高。废旧混凝土与砖渣的表面粗糙度高于碎石，有利于水泥浆体更多的渗入到骨料表面，使得水泥粉煤灰浆体更好的与骨料起粘结作用[9,10]。因此从配合比P4到P5，试件的强度并没有呈梯度型快速增长。与实际工程成本与实用性多方面相结合，可选择适合的建筑垃圾再生材料掺量。

4 结语

(1)砖渣与废旧混凝土的比例为1∶1的建筑垃圾再生材料直接以骨料应用于底基层时，其压碎值为34.7%，7d无侧限抗压强度为2.3MPa，两项指标均处于《公路路面基层施工技术细则》对二级路底基层要求的临界值，不推荐使用。

(2)在一定水泥粉煤灰剂量下，随着碎石掺量增多，底基层混合料的最大干密度增大至2.416g/cm3，最佳含水率降低至5.6%。

(3)砖渣的密度小，吸水率大，强度低，废旧混凝土表面覆盖水泥浆体，因此建筑垃圾再生材料作为骨料时强度低；但是其表面粗糙度大，有益于水泥粉煤灰浆体的粘结作用。因此，一定掺量的建筑垃圾再生材料应用在底基层实际工程中可以达到施工技术要求，并可以节约施工成本，有益于资源可持续利用。